1 引言  空间光通信系统要求CCD拍摄目标卫星发出的信标，计算目标卫星坐标位置，从而实现通信链路。为了符合系统实时性和精确性要求，设计了图 1 所示的基于HPI的主-从机图像采集处理系统。

图 1 基于HPI的主-从机图像采集处理系统

图1中从机系统主要由TMS320VC5416 DSP（后文简称VC5416）和IEEE1394总线组成。VC5416提供了增强型HPI主机接口,用来与主设备或者主处理器建立数据交换通道。通过HPI ,主机可以访问DSP 内部的各种资源, 而不会影响DSP 的运行。主机系统由TMS320LF2407A DSP(后文简称LF2407A)， SRAM，CAN总线和并行总线驱动器组成。LF2407A是TI公司推出的一款定点数字信号处理器，具有低成本，低功耗，处理性能好，外设集成度高，程序存储空间大等特点，常用于电机数字化控制[1]。图像处理系统利用其CAN控制器和数据I/O实现从机与上位机间的数据交换；利用其大容量的程序存储空间来实现从机程序存储；结合内部时钟实现对从机的故障诊断和系统测评功能。

2 HPI介绍与设计

2.1 HPI介绍

    VC5416内部提供增强型HPI8可访问所有片内RAM空间，支持主设备与VC5416之间高速传输数据，最快可达到64Mbps[2]。主机通过访问其内部寄存器HPIA, HPIC, HPID 即可实现对从机片内RAM进行数据访问。其中HPIA是地址寄存器，存放当前HPI存储单元的地址；HPIC是控制寄存器，主、从机通过对其设置来控制HPI工作方式；HPID是数据寄存器，用于暂存通信数据。HPI主要引脚及其功能如下：

HD[0-7]： 双向三态数据线

HBIL：字节识别信号，低表示第１字节，高表示第２字节

/HCS：片选输入信号

HCTNL[0-1] ：主机控制信号，用于对内部寄存器HPIA,HPIC,HPID的选择

HR/W：读写信号，高表示读，地表示写

/HDS[1,2]：数据选通信号，在主机寻址HPI周期内控制数据传送方向

/HINT：中断输出信号，由HPIC中HINT位控制

HRDY ：HPI准备好，忙时被拉为低，不能访问

/HAS：地址选通信号，当地址，数据线分开时，此引脚拉高

HPIENA： HPI使能，高电平有效，在复位期间被采样

HPI16 ：HPI16模式选择，选择HPI8时，此引脚拉低

HPI 寄存器地址由HCTNL[0-1]决定。HCTNL[1-0]=00时，主机可以读/写HPIC。 HCTNL[1-0]=01时，主机可以读/写HPID。每读1次，HPIA事后增1；每写1次，事前增1，因此在该方式下写操作前，HPIA中的地址值应该比要访问存储单元的地址值小1。HCTNL[1-0]=10时，主机可以读/写HPIA，该寄存器指向HPI存储器。HCTNL[1-0]=11时，主机可以读/写HPID，HPIA不受影响。HPI总线每次只能访问一个字节，对于16位DSP来说，一个单元需要访问两次。访问的是高字节（MSB）还是地字节（LSB）由HBIL引脚状态和HPIC中的BOB位决定。当BOB=1时，第一个字节为低字节；BOB=0时，第一字节为高字节。

2.2 HPI硬件设计

    图像处理系统中，通过将主机/IS信号与从机HPI选通信号相连，将从机HPI寄存器映射到IO空间。如图2 所示。

图2 HPI 硬件连接图

图2 中主机的8根数据总线D[0-7] 与HD[0-7]相连，可以实现每次对HPI寄存器进行一个字节的访问； R/W,/RD,WE分别连接VC5416的R/W,/HDS1, /HDS2实现读写逻辑控制；HPIENA拉高，对HPI模块进行选择，HPI16接地，选择HPI-8模式。通过XINT1与/HINT相连实现从机对主机的中断请求。为了实现HPI程序引导，将/HINT与/INT2相连。由于2407A的数据总线和地址总线是分开的，所以/HAS接高。为了防止主机和从机同时访问资源冲突， 将HRDY与主机的READY相连，当HPI模块忙时，主机插入等待周期。A0-A2连接从机的HBIL, HCTNL0,HCTNL1,实现主机对从机内部寄存器进行字节寻址。通过配置HPIC中的BOB位可得到各字节所对应的IO地址, BOB=0时各寄存器高、低字节对应的IO地址如表1 所示。当BOB=1时，表1 中各寄存器的高字节与低字节要对调。

表 1 BOB=0时HPI寄存器字节对应IO地址

3 软件设计基本思想

    图像处理系统软件设计包括主机部分和从机部分，这里只对前者进行介绍。主机系统的程序开发采用TI 公司的DSP 集成开发软件CCS 并结合硬件仿真器来完成,采用C 语言编程。主-从机系统用户程序均通过仿真器烧写在主机片内FLASH中。主机系统工作流程可简述为：上电复位，主机系统程序自引导，系统初始化，从机程序HPI引导加载，进入循环等待中断。主机系统初始化包括看门狗，时钟，中断，CAN总线，并行总线等模块的初始化。系统中的中断包括来自CAN总线，并行总线，HPI和用于监控从机运行状态的计时器中断。其优先级顺序为：并行总线中断>CAN总线中断>HPI中断>计时器中断。

3.1 HPI 程序引导

    HPI程序引导按照VC5416程序引导规则来完成。VC5416上电后，检查MP/MC脚状态，如果为高，则从外部程序存储器的0FF80H起执行用户程序；否则从片内ROM的0FF80H开始执行程序，选择自举方式[2]。VC5416的加载方式有多种，这里采用HPI引导模式。从机自举过程中，先对系统进行初始化，然后检查/INT2引脚状态，如果为低，则进入HPI引导模式，否则查询包括HPI引导在内的各种引导模式，直到检测到一种可用的引导模式。进入HPI引导模式后，VC5416检查07EH,和07FH的内容，当其中内容不为0的时候，分别将07EH, 07FH的内容装载到XPC和PC中，跳转到用户程序入口地址，开始运行用户程序。VC5416用户程序代码以数组的形式存放在主机数据空间。从机代码获取方式参照文献[3]：在CCS中编写从机程序，编译、链接得到.out文件（new.out），编译前在Project\Build Options中设置处理器版本为-548。编写一个.cmd文件（MY.cmd），内容如下：new.out；-o new.hex；-a；-memwidth 16；-romwidth 16；-boot；-bootorg SERIAL。在hex500.exe 中输入MY.cmd 即可得到二进制文件：new.hex。其机构如图 3所示。在C编译器中编写程序读出该文件数据，去掉代码头，组合成希望得到的数组形式。程序引导时，先给从机复位。复位后，/HINT变低，将从机的/INT2拉底。从机自举检测到/INT2有效， 进入HPI模式，循环查询地址07EH和07FH内容，由于一直为0，从机一直处于等待状态。主机按照图3提供的结构，将各段数据按先后顺序写入以该段首地址为首地址的从机RAM中。写完最后一段后，监测到从机程序结束标志位:00，说明程序代码已经写完，将代码入口地址XPC,PC写入从机地址07EH和07FH内，此时从机将入口地址装入程序计数器，开始运行用户程序，引导加载完毕。为了保证程序加载无误，在写入口地址之前，将程序代码读回来与数组内相应代码进行比较，如果不同则修改；直到所有代码相同。引导结束后，主机清除HPIC中HINT位，继续往下执行。

图3　主机用户程序二进制代码结构

3.2 数据通信

为了保证从机处理图像速率，与上位机的通信任务有主机系统完成，其工作过程是:   从机捕获到目标时，将目标位置坐标写入指定地址，将/HINT 置低，向主机发中断请求。主机响应中断，通过HPI读取坐标数据，通过并行总线或者CAN总线发送给上位机。上位机要求图像处理系统执行某项命令时，将数据发送到并行总线或者CAN总线上，相应的中断被触发，主机进入接收中断。主机“翻译”命令号，通过HPI将命令内容写入从机相应的命令存储单元，并在“命令地址寄存器”中写入该命令单元地址。从机处理完数据帧后，查询“命令地址寄存器”，如果为0，则没有接到命令，如果不为0，则读取地址所对应的命令，清除“命令地址寄存器”，执行命令。从上面的过程可以看出，从机只在空闲的时候查询命令，并不影响到其处理图像。

3.3 从机系统故障诊断和系统测评

    从机系统是一个独立的复杂系统，运行时会出现各种意料不到的故障，通过主机对其运行状态进行实时的跟踪查询，找出故障，及时进行处理。另外还可以将系统与通用计算机相连，在长时间无人监管情况下对系统进行监视，实现系统性能测评，给后续改善提供依据。故障诊断时，从机系统每进入一个功能模块后，将该模块的“模块号”按先后顺序写入一个预定好的从机系统“状态寄存器组”中。主机每隔一段固定时间，对“状态寄存器组”进行

查询。当出现故障时，“状态寄存器组”中的“模块号”顺序与预定的顺序不相符，或者根本没有往下执行。通过对故障进行分析，可以界定故障出现的位置和原因，从而采取有效措施。系统测评时，把LF2407A的SCI接口的SCIRXD和SCITXD经电平转换后接到MAX232上，组成RS232总线，与个人电脑相连，如图4 所示。当LF2407A检测到故障时，将故障的全部信息和故障分析结果通过RS232总线发送给个人电脑，个人电脑将其信息和当时时间存储在存储器中。由于个人电脑稳定可靠，存储量大，可以在无人参与的情况下对系统进行长时间测评。

图 4系统测评连接图

 

4 结论 

    HPI的应用实现了图像处理系统中主、从机协同完成图像处理任务。主机系统是从机系统稳定运行的保障，通过HPI引导从机用户程序，无需对从机进行外部ROM扩展，减小了从机系统硬件设计难度；通过HPI对从机进行实时检测，实现对从机的故障诊断和系统测评，减轻了从机软件开发难度，加快了开发进程。实验证明，HPI的应用提高了图像处理单元稳定性，增强了系统故障诊断和故障处理能力。经测试，在无人监管情况下图像处理单元与没有主机系统时相比，稳定运行周期延长了十至二十倍。基于双DSP的图像处理单元具有硬件设计简洁,工作稳定等特点,对于基于HPI的主机系统在通信，对从机系统进行故障诊断和系统测评方面具有较强的借鉴意义。

参考文献

[1] 王和平,王维俊. TMS320LF240x DSP C语言开发应用，北京航空航天大学出版社,2003.

[2] 戴明桢,周建江.TMS320C54x DSP结构、原理及应用，北京航空航天大学出版社,2002.

[3] 左韬,潘炼.DSP通过FLASH并行加载的分析和实例，微计算机信息，2007年vol.23(2-2):184～186.